Sociedade Brasileira de Química (SBQ)
33a Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química
Efeito da concentração de íons ativadores nas emissões dos luminóforos azuis LaPO
4:Tm
3+e YPO
4:Tm
3+Paulo Cesar de Sousa Filho* (PG), Jonathan Carvalhaes Batista (IC) e Osvaldo Antonio Serra (PQ) (*pcsfilho@pg.ffclrp.usp.br)
Departamento de Química – Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto – Universidade de São Paulo.
Av. Bandeirantes, 3900 – CEP 14040-901 – Ribeirão Preto, SP.
Palavras Chave: Luminescência, Fosfatos, Túlio, Luminóforos azuis, Terras Raras.
Introdução
Desde o advento dos dispositivos tricolores (RGB) de iluminação/visualização na década de 1970, o desenvolvimento de luminóforos azuis estáveis e eficientes consiste em um grande desafio científico-tecnológico[1]. Nesse sentido, o íon Tm3+ é um candidato promissor para a geração da cor azul, devido à pureza de cor de suas estreitas emissões f-f e graças à sua alta estabilidade química.
Alguns fosfatos de Terras Raras ativados com Tm3+ possuem grande potencial como luminóforos de ultravioleta de vácuo, aplicáveis em displays de plasma e em lâmpadas livres de Hg, por exemplo[1,2]. Tendo em vista tais características, o objetivo desse trabalho foi a investigação do efeito da concentração de íons Tm3+ no rendimento quântico e na pureza de cor de emissão de luminóforos LaPO4:Tm3+ (de estrutura monoclínica) e YPO4:Tm3+ (de estrutura tetragonal).
Resultados e Discussão
Os luminóforos (TR1-xTmx)PO4 (em que TR3+= La3+ ou Y3+, e x=0,001, 0,005, 0,01, 0,02 e 0,05) foram sintetizados através de uma modificação do método Pechini, que leva à obtenção de sólidos nanoestruturados, com eficiente incorporação de ativadores nas matrizes[3]. Os rendimentos quânticos (qexp) foram calculados comparativamente utilizando- se padrão de salicilato de sódio[4]. As coordenadas de cromaticidade foram determinadas com o software SpectraLux2.0 (Ponto Quântico Nanodispositivos/Renami).
250 300 350 400 500 600 700
YPO4:Tm3+
LaPO4:Tm3+
500550 600650 700 750800 850 Comp. de onda (nm)
3F2,3→3H6 (Harmônico)
1G4→3H5 1D2→3F2, 31G4→3H53F4→3H6 1G4→3H4 1D2→3H5 1G4→3H6
500 550600 650 700750 800850 3F2,3→3H6 (Harmônico)
1G4→3H5
Comp. de onda (nm) 1D2→3F2, 31G4→3H53F4→3H6 1G4→3H4
1D2→3H5 1G4→3H6
Intensidade relativa (u.a.)
Comprimento de onda (nm)
Figura.1. Espectros de excitação (λem=455 nm, 1D2→3H4) e emissão ((λexc=358 nm, 1D2←3H6) dos luminóforos LaPO4:Tm3+ e YPO4:Tm3+ (conc.=1%).
Em ambos os casos, observa-se forte predominância da transição 1D2→3H4 em ~455 nm sob excitação UV, o que confere alta pureza de cor azul na emissão, independentemente da composição analisada. Já outras emissões no visível e no IV próximo são consideravelmente suprimidas. Os rendimentos quânticos (pequenos em função da baixa absortividade no comprimento de onda de excitação) atingem um máximo ao redor da concentração de 1% em ambos os casos. Acima de tal concentração, processos de relaxação cruzada passam a ser predominantes, levando à supressão da luminescência azul. Não foi possível observar-se conversão ascendente sob excitação com laser de 660 nm em nenhum dos casos.
Tabela 1. Rendimentos quânticos de emissão e coordenadas de cromaticidade dos luminóforos LaPO4:Tm3+ e YPO4:Tm3+
qexp (%) Cromaticidade
x y
LaPO4:Tm3+
0,1% 0,32 0,192 0,063 0,5% 0,76 0,204 0,112 1% 9,85 0,185 0,115 2% 0,76 0,190 0,043 5% 0,26 0,192 0,124 YPO4:Tm3+
0,1% 0,62 0,195 0,128 0,5% 1,35 0,157 0,015 1% 1,68 0,175 0,041 2% 1,64 0,151 0,012 5% 1,14 0,162 0,018
Conclusões
A incorporação de íons Tm3+ em matrizes de TRPO4 resulta em compostos estáveis com altas purezas de cor de emissão azul. O YPO4:Tm3+
apresenta bandas ligeiramente mais estreitas, possuindo maior pureza de cor. No entanto, um rendimento expressivamente maior que a média é encontrado para o LaPO4:Tm3+ com concentração de 1%, que se mostra o mais apropriado para estudos futuros com excitação no UVV.
Agradecimentos
CAPES, CNPq e FAPESP.
_____________________________________________________
1 Feldman, C. et al.; Adv. Funct. Mater. 2003, 13, 511.
2 Rao, R.P.; J. Lumin. 2005, 113, 271.
3 de Sousa Filho, P.C.; Serra, O.A.; J. Fluoresc. 2008, 18, 329.
4 de Mello Donegá, C. et al.; J. Alloys Compd. 1996, 250, 422.
